レーザカオスを用いた高秘匿光通信方式の開発

利用激光混沌开发高度保密的光通信方法

• 批准号: 13750050
• 负责人: 内田 淳史
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Takushoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750050/
• 关键词: レーザ; カオス; セキュリティ; 光通信; 秘匿通信; カオス同期

IT時代の基盤技術となる全世界規模の光通信ネットワークは既に不可欠なインフラストラクチャとして定着しつつあるが、伝送時における情報セキュリティ問題は最重要課題であるにもかかわらず現在未解決のままである。従来のセキュリティ通信方式はコンピュータのソフトウェアで作成された暗号コードを用い、その秘匿性は計算量複雑性に起因しているが、これは近年提案されている量子コンピュータや次世代の超高速コンピュータにより原理的に解読可能となる。そこで従来の手法とは異なる、「原理的に安全な」通信手法の開発は緊急課題であり、本研究ではレーザカオスを利用した高秘匿光通信システムの開発を行った。従来のカオス秘匿通信方式では単にカオス自身にメッセージを埋め込む手法が主であったが、本研究ではカオス信号自身をメッセージとして用いる「Chaotic on-off keying」法を新たに提案し、実験的実証に成功した。カオス的レーザ出力に外部強度変調をオン・オフしてデジタル信号と見做し、受信側ではカオス同期の精度の変化を利用して復号化を達成した。変調の有無に関わらず伝送信号の統計的性質は完全に一致しているため、伝送信号からメッセージ信号の解読は原理的に不可能であり、非常に高秘匿な通信システムが実現できた。また、従来の光注入型レーザカオス同期法では二つのレーザ間でのパラメータ誤差に対する同期許容幅が広く、第三者のレーザにおいても盗聴可能であるという重大な欠点を有する。そこで本研究では新たなカオス同期法として、二つのレーザ強度の差信号を受信側の励起電流にフィードバックする「インコヒーレントカオス同期法」を提案し、その有用性を証明した。二つのレーザのパラメータ誤差に対する同期許容幅はいずれのパラメータに対しても1%未満と非常に狭く、秘匿通信用のカオス同期法として非常に適していることが分かった。

IT time の base plate technology と な る の world scale optical communication ネ ッ ト ワ ー ク は both に not owe な イ ン フ ラ ス ト ラ ク チ ャ と し て fixed on し つ つ あ る が, 伝 send に お け る intelligence セ キ ュ リ テ ィ problem は is the most important topic で あ る に も か か わ ら ず now unresolved の ま ま で あ る. 従 to の セ キ ュ リ テ ィ communication は コ ン ピ ュ ー タ の ソ フ ト ウ ェ ア で made さ れ た cipher コ ー ド を い, そ の secret sexual computation complex 雑 は minnith に cause し て い る が, こ れ は recent proposal さ れ て い る quantum コ ン ピ ュ ー タ や nextgen の ultra-high-speed コ ン ピ ュ ー タ に よ り principle 読 に solution may と な る. そ こ で 従 to の gimmick と は different な る, な に of the principle of "safety" communication technique の open 発 は urgent topic で あ り, this study で は レ ー ザ カ オ ス を using し た high secret: optical communication シ ス テ ム の open 発 を line っ た. 従 to の カ オ ス secret communication minnith で は 単 に カ オ ス itself に メ ッ セ ー ジ を buried め 込 む gimmick が main で あ っ た が, this study で は カ オ ス signal itself を メ ッ セ ー ジ と し て in い る "Chaotic on - off keying method" を new た に proposal し, be 験 be pass に successful し た. Of カ オ ス レ ー ザ output に external strength - adjustable を オ ン · オ フ し て デ ジ タ ル signal と see do し, trusted side で は カ オ ス period の precision の variations change を using し て complex number change を reached し た. - adjustable の presence of に masato わ ら ず 伝 send signal の statistical properties of は に completely consistent し て い る た め, 伝 send signal か ら メ ッ セ ー ジ signal の solution 読 は principle of に impossible で あ り, very high に secret unseen な communication シ ス テ ム が be presently で き た. ま た, 従 の light injection type レ ー ザ カ オ ス period method で は two つ の レ ー ザ between で の パ ラ メ ー タ error に す seaborne る during the same period of allowable が hiroo く, third party の レ ー ザ に お い て も may steal 聴 で あ る と い う major な points less を have す る. New た そ こ で this study で は な カ オ ス period method と し て, two つ の レ ー ザ の differential signal strength を trusted side の wound up current に フ ィ ー ド バ ッ ク す る "イ ン コ ヒ ー レ ン ト カ オ ス period method" を proposal し, そ の usefulness を prove し た. Two つ の レ ー ザ の パ ラ メ ー タ error に す seaborne る over the same period of allowable は い ず れ の パ ラ メ ー タ に し seaborne て も 1% against と very narrow く に, secret communication minnith の カ オ ス period method と し て very に optimum し て い る こ と が points か っ た.

项目成果

A. Uchida, S. Yoshimori, M. Shinozuka, T. Ogawa, F. Kannari: "Chaotic on-off keying for secure communications"Optics Letters. Vol.26,No.12. 866-868 (2001)

A. Uchida、S. Yoshimori、M. Shinozuka、T. Okawa、F. Kannari：“用于安全通信的混沌开关键控”光学快报。

A. Uchida, Y. Liu, I. Fischer, P. Davis, T. Aida: "Chaotic antiphase dynamics and synchronization in multimode semiconductor lasers"Physical Review A. Vol.64,No.2. 023801-023806 (2001)

A. Uchida、Y. Liu、I. Fischer、P. Davis、T. Aida：“多模半导体激光器中的混沌反相动力学和同步”物理评论 A. 第 64 卷，第 2 期。

A. Uchida, Y. Shimamura, T. Takahashi, S. Yoshimori, F. Kannari: "Chaotic oscillation in a microchip solid-state laser array using a Talbot mirror"IEICE Transactions on Fundamentals. Vol.E84-A,No.9. 2165-2172 (2001)

A. Uchida、Y. Shimamura、T. Takahashi、S. Yoshimori、F. Kannari：“使用 Talbot 镜的微芯片固态激光阵列中的混沌振荡”IEICE 基础知识交易。